发电厂实验报告完整版.doc

广西大学电气工程学院发电机运行实验报告同步发电机运行与控制专业班级：姓 名：学 号：实验地点：综合楼电机实验室一、实验目的同步发电机是电力系统最重要又最复杂的电气设备，在电力系统运行中起着十分重要的作用。通过实验，使学生掌握和巩固同步发电机及其运行的基本概念和基本原理，培养学生的实践能力、分析能力和创新能力，加强工程实线训练，提高学生的综合素质。二、实验装置及接线实验在电力系统监控实验室进行，每套实验装置以7.5KW直流电动机与同轴的5KW同步发电机为被控对象，配置常规仪表测量控制屏（常规控制）和计算机监视控制屏（计算机监控）。可实现对发电机组的测量、控制、信号、保护、调节、并列等功能，本次同步发电机运行实验，仅采用常规控制方式。 直流电动机-同步发电机组的参数如下：直流电动机： 型 号 Z2-52，凸极机 额定功率 7.5kW额定电压 DC220V额定电流 41A额定转速 1500r/min额定励磁电压 DC220V额定励磁电流 0.98A(5、6、7号机组为0.5A)同步发电机 型 号 T2-54-55额定功率 5kW额定电压 AC400V(星接)额定电流 9.08A额定功率因数 0.8空载励磁电流 2.9A额定励磁电流 5A直流电动机-同步发电机组接线如图一所示。发电机通过空气开关2QS和接触器2KM可与系统并列，发电机机端装有电压互感器1TV和电流互感器1TA，供测量、同期用，系统侧装有单相电压互感器2TV作同期用，两侧电压通过转换开关6SA接入同期表S（MZ-10）。发电机励磁电源可以取自380V电网（他励方式），也可以取自机端（自励方式），通过4QS进行切换，交流电源经励磁变压器CB降压隔离后，经分立元件整流装置或模块式晶闸管SCR-L变为直流，再通过灭磁开关3KM供电给发电机励磁绕组FLQ，励磁电流通过调压按钮或电位器2WR进行调节。Rm为灭磁电阻，通过3KM的常闭触点与励磁绕组FLQ并接。发电机组上面有一台用皮带带动的原作为励磁机用的直流发电机，在其励磁绕组加上恒定的直流电压（从开关稳压电源引来），则电枢上的电压正比于发电机组的转速，故用一只直流电压表即可测量发电机转子转速。 直流电动机的电枢电源来自电网380V交流电压，经空气开关1QS和接触器1KM供电给模块式晶闸管SCR-T变为直流，电枢电压通过调速按钮或电位器1WR进行调节。直流电动机的励磁电源来自电网220V交流电压，经单相调压器1TB和整流块整流后供给励磁绕组B1-B2，调节调压器的输出电压可调节励磁电流。调节电枢电压或励磁电流可以调速。 发电机组控制屏屏面上装有各种仪表、控制开关、按钮、指示灯等，图一对二次控制信号回路并没有画全，屏后接线和控制回路接线可参考实验室提供的详图。实验一 电动机- 发电机组的接线注意：以下各项都要在现场找到并认识相关设备的构造。1）直流电动机的接线（1）电动机励磁回路的作用及其接线；（2）电动机励磁电流的调节方法；（调节晶闸管的触发角即调节输出的平均电压）（3）电动机电枢回路的接线；（4）三相桥式整流模块SCR-T的作用（整流，供给电动机运行），电动机调速方法（调励磁或电枢电压）；（5）电抗器DK的作用；（滤除高次谐波，使电动机转速变硬）（6）分流器3FL的作用和原理；（精密电阻，通过测量其上的压降得到直流电流）（7）3QS和1KM的联锁接线和作用；（8）熟悉控制屏上电动机的操作设备及仪表。2）同步发电机的接线（1）发电机定子回路接线，2QS和2KM的作用；（2）电压互感器1TV、2TV和电流互感器1TA的作用和接线；（3）发电机的励磁方式，4QS的作用和接线；（4）发电机电压的建立和调节，励磁变压器CB的作用和接线；（5）SCR-L直流输出端并接一只二极管的作用；（续流二极管，防止失控现象的发生）（6）3KM的作用，其常闭触点串Rm接励磁线圈的作用；（灭磁）（7）机组速度测量的原理；（8）三相组合式同期表的作用、外部结构和背后接线；（9）熟悉控制屏上发电机的操作设备及仪表。实验二 发电机组的起动和同步电抗Xd测定（一）机组起动1）起动前，所有开关在断开状态，电位器1WR、2WR和调压器1TB在零位。 2）合上开关1QS，用电压转换开关2SA检测电网三相电压是否基本平衡，电动机调速屏面上的绿灯应点亮； UAB = 394.7 V， UBC = 395 V， UCA = 395 V3）合上电动机励磁电源开关3QS，调节调压器1TB 使电动机励磁电流为额定值，注意各机组额定值不同，可看铭牌或由老师告知；4）在确认电动机励磁电流为额定值后,按下按钮1SB1使1KM合闸，电动机调速屏面上的红灯应点亮，1KM合闸线圈回路串有3QS的一对常开触点连锁；5）将1SA放到SCR手动位置，旋转电位器1WR缓慢升高电枢电压，使电动机起动并逐渐升至额定转速1500r/min（相当于转速表30V），起动过程要监视机组的声音以及电枢电压表、电流表、转速表的指示是否正常； 6）用万用表测量机端三相剩余电压（在屏后右侧端子排相应端子上测），计算与额定电压的百分比； UAB = 22.3 V， UBC = 22.8 V， UCA = 22.6 V 7）用万用表测量电动机电枢回路所串电抗器的直流电压和交流电压，分析两者为什么差别很大。 UDC = 0.3 V， UAC = 115 V（二）空载试验将4QS扳向他励，发电机为他励励磁方式，合上2QS给上他励电源，操作3SA开关放到SCR位置，SCR放手动，使3KM合闸，用万用表检测励磁变压器CB两侧电压是否正常； UAB = 392 V， UBC = 393 V， UCA = 393 V Uab = 38.87 V， Ubc = 38.92 V， Uca = 39.10 V1） 旋转电位器2WR缓慢升高发电机电压，观察表计的指示是否正常，三相电压是否平衡；注意：在升压过程中当机端电压低于300V时，频率表指针可能打到头，这是正常现象，待电压升至300V以上时指针会回到正常值。2） 观察发电机建压后机组的转速是否有微小变化，记录空载励磁电流； no= 1450 r/nin，no= 1500 r/nin，IFO = 2.3 A3） 旋转电位器2WR将电压降至零后，再旋转电位器2WR单向调节励磁电流，使发电机电压单调增加直至450V，然后单调减小励磁电流直至零，记录励磁电流IF和定子端电压UG，注意试验中电机的转速要维持恒定额定转速。表1 发电机空载试验数据123456IF(A)00.51.43.80.70UG(V)2515030045020026 4）机组停机：旋转电位器2WR使发电机电压减到零，再旋转电位器1WR将机组转速减到零，再跳开1KM；注意：必须将机组转速减到零再跳开1KM，否则下次起动电动机可能会遭受很大的冲击。5）绘制发电机空载特性曲线。（三）三相短路试验1） 机组在停机状态，在发电机出线端接上三相短路线（可在1TV一次侧接线柱上用导线短接）；2） 起动机组，调节发电机为额定转速，并在试验过程中保持恒定；3） 调节励磁电流使定子短路电流为1.1倍定子额定电流(要清楚发电机额定电流)，然后单调减小励磁电流直至零，记录励磁电流IF和定子电流IG，试验完后拆除短路线。表2 发电机短路试验数据1234567IF(A)2.521.41.10.650.250IG(A)10865310.2（四）实验报告及分析思考题 1）画出发电机空载特性曲线和短路特性曲线，参考电机学实验测定不饱和Xd的方法，求取Xd值。 答：根据实验数据画出发电机空载特性UG=f（IF）和短路特性IG=f（IF），用excel作图得上图；通过空载特牲的起点O将空载特牲直线段延长得到发电机不饱和的气隙线，如图中虚线所示；在纵轴上取IG=9对应于短路特性的点A，并往上查得气隙线上的点B 所对应的电势UGO=500；求Xd值：Xd = UGO/IGn=500/9=55.5。 2）发电机空载特性不是直线，而短路特性基本为直线，为什么？ 答：在测定空载特性时，由于磁路存在饱和现象，当励磁电流增大时，空载特性曲线将向下弯曲，因而不是一条直线；在测定短路特性时，由于空气隙中的磁通密度甚低，加上本身电流的去磁作用，磁路始终处于不饱和状态，故短路特性为一条直线。 3）发电机转动以后，灭磁开关3KM跳开不加励磁，定子是否有电压，为什么？ 答：定子上有电压，因为励磁绕组由于磁滞的影响而带有剩磁，剩余磁场切割定子绕组产生电压。 4）发电机定子三相绕组为什么接成星形？接成三角形有什么问题？答：定子绕组接成星形，根据基尔霍夫电流定律则相绕组中不存在三次谐波电流；若接成三角形则绕组中会有三次谐波电流流通，从而产生附加损耗，影响功率输出效率。5）发电机建压后机组的转速是否有变化，分析原因。答：有变化。从图1接线中可以看出，发电机建压后会在电压互感器中产生空载损耗（主要是铁耗），因而转速会下降。 6）调节电动机的电枢电压或励磁电流都可以调速，说明各有什么特点和应用场合。答：根据直流电动机的转速公式可知，调节励磁电流可以连续平滑的调节速度，转速近似与每极磁通成反比，但是调速时高速受到机械强度和换向的限制，最低转速受到励磁 绕组自身电阻和磁路饱和的限制，因此调速比不能太大，一般为1:21:6；调节电动机的电枢电压的方式，调节方便、损耗小，调速范围广，可达1:24以上，其缺点是专用直流电源投资大。 7）电动-发电机组在建压后，电动机励磁回路发生断线，有什么现象？如何处理？ 答：根据上述公式可知，励磁电流为零则转速会迅速增大从而发生飞车现象，应该快速断开1KM，使电动机停止转动。 8)电动机的励磁绕组与电枢绕组并接起来，用调节电枢电压调速，如右图所示，分析是否可行。 答：可行，但是对调速有影响，例如当晶闸管输出的平均电压升高时，按照公式励磁电流增大转速会下降，电源电压升高转速会上升，这样转速调节不灵敏。 9）三相桥整流模块SCR-T会产生多少次的特征谐波，从电抗上的交直流电压分析电抗器的作用。答：根据傅里叶级数变换，三相桥式整流模块的输出端的谐波有n=6k1(k=1、2、3)，电抗器具有滤除交流谐波作用，使电动机的调速特性平滑。 10）电动机电枢电流和发电机励磁电流采用分流器测量的原理是什么？能否采用电流互感器测量？答：分流器是一个阻值很小的精密电阻，通过测量它的电压就可以得到流经它的电流；不能用电流互感器测量，因为电流互感器是测量交流电流的，而电动机的点数电流和发电机励磁电流为直流量。实验三 发电机同期并网实验（一）实验内容和步骤1 发电机为他励方式，将发电机组起动并起励建压至额定值，调节发电机频率为50Hz。 2 合上6SA投入同期表S，三只同期指示灯应同时亮暗，根据同期表的压差频差指示和指针旋转情况（顺时针旋转说明发电机频率比系统高），利用调压调速接钮精细调节发电机电压和频率。当同期表指针顺时针均匀缓慢旋转并距零位6°左右时，立即按下2SB1使2KM合闸并网，并网时冲击电流应不大，电流表指针应很快回复至零位附近，有功和无功功率接近零，如表计指示不正常要立即解列发电机。注意：同期表S不要长期通电，不并网或并网完成后都要断开6SA。3 旋转电位器1WR，有功功率和定子电流应能变化；旋转电位器2WR，励磁电流、无功功率和定子电流应能变化。4 发电机解列：旋转电位器1WR调有功功率表为零，再旋转电位器2WR调定子电流表为零（无功功率为零），跳开发电机出口接触器2KM将发电机解列。5 发电机解列灭磁后，将发电机定子的三根相线顺序调相(即ABCA)但相序不变，再将发电机起励建压并调节至与电网的电压和频率相同，观察同期表和同期灯的情况，分析是否能够并网。试验完后恢复原来的接线。同期灯情况： 同时亮灭 ， 能否并网： 能 。6 发电机解列灭磁后，将发电机定子的任两根相线对调使之成为反相序，再将发电机起励建压，观察同期表（顺时针旋转说明发电机频率比系统高还是低）和同期灯的情况，分析是否能够并网，但不能进行并网操作，试验完后恢复原接线。同期灯情况： 同时亮灭 ， 能否并网： 不能 （同期表反转） 。（二）实验报告及分析思考题 1发电机同期方式有几种？本实验采用的是什么同期方式？同期条件是什么？答：发电机同期方式有两种，分别是准同期并列和自同期并列；本次实验采用的是准同期；同期条件是频率相等、电压幅值相等和相角差为零。 2手动同期时，在同期表指针提前一定角度时发出合闸命令，为什么？答：实际操作中，若采用手动准同期，由于合闸需要一个过程（断路器操动机构和合闸回路控制电器的固有动作时间），故应提前按下合闸按钮。 3发电机正常解列时，为什么要调有功功率和无功功率均为零？这时发电机的定子电流是多少?答：为了保护断路器和发电机，减少因带负荷开断断路器产生电弧对断路器的破坏，也防止带剩余有功和无功开断发电机，使发电机甩负荷而对发电机产生影响，此时定子电流为零。 4将发电机定子的三根相线顺序调相(即ABCA)但相序不变，分析是否能够并网。说明相序和相别的区别。 答：能并网。相序是指各相按照一定的顺序排序，而相别是指A相B相C相。 5将发电机定子的任两根相线对调使之成为反相序，分析是否能够并网。 答：不能并网。因为存在相位差。 6、发电机在停机状态，其机端三相引线未拆除，合上1KM接通系统电压，分析产生什么后果。 答：由于发电机未加励磁，需从电网吸收大量无功功率来建立磁场（同步发电机做异步运行），因而会引起电网电压下降，影响用户的用电设备的正常运行。实验四 发电机的正常运行（一）发电机工作状态与励磁调节的关系（以下实验如不说明，发电机均系他励方式和并网运行）1) 按上面的起动并网步骤，将发电机并网运行。2）发电机输出有功功率为1.5kW左右，调节励磁电流额定值4A下降(达不到4A的机组定子电流不要越限)，定子电流也随之下降，当Q=0时定子电流最小，以后再减小励磁电流，定子电流也随之上升，当定子电流达到额定值9.08A，不要再减小励磁电流，记录Q、I、COS数值于表3，注意要记录纯有功（Q=0）的状态。3）根据实验结果，分析迟相、进相、纯有功运行状态的特点。表3 改变励磁电流发电机各量的变化P=1.5kW UG=380V f=50HZ1234567IF（A）54.5432.110.3IG（A）9.87.45.52.21.95.19.1Q（KVAR）3.53.02.410-2-4.5COS< -0.5< -0.5< -0.5-0.80.88< 0.5< 0.5特点：从上表中的数据可知同步发电机迟相运行时，有功功率P>0，无功功率Q>0；进相运行时，有功功率P>0，无功功率Q<0；纯有功运行时只发有功，不发无功。4)使发电机输出的有功功率分别等于0、1kW、2kW功率时，调节励磁电流从某最小值(定子电流不超过额定值9.08A)到额定值，记录对应的定子电流值于表4，注意要记录纯有功(Q=0)的状态。5）画出不同有功功率时的V形曲线即IG=f(IF)并分析，指出迟相运行、进相运行的区域。图七 V形曲线图表4 不同有功定值时改变励磁电发电机电流的变化123456IF122.2（P=0kw）/2.6(P=1/2kW)345IGP=0410.31.85.58.8P=1kW3.52.41.525.48.8P=2kW6.86.5335.58.4Q=0 , If=2.6 , Ig=1.5 , P=1kw（二）发电机工作状态与有功调节的关系1)发电机励磁电流为4A左右不变，调节有功从零到4KW左右，记录P、Q、I、COS数值于表5；表5 改变有功功率发电机各量的变化12345P（kW）01234IG（A）5.05.25.45.96.7Q（kVAR）2.22.12.01.90.7COS< -0.5< -0.5< -0.5-0.72-0.892)分析有功变化时无功功率的变化情况。图八 有功及励磁调节向量图如上图所示，当励磁电流不变时，电势向量的长度不变。若原动机的机械功率增大，定子绕组的输出功率增大到，因电势向量长度不变又须落在有功功率的虚线上，则功率角增大到，无功功率减小到。而只调节无功时有功功率不变。（三）分析思考题1） 有功为定值而改变励磁电流时，分析什么状态时定子电流最小。答：从表3及V形曲线可知，当调节励磁电流使无功功率为0即功率因数为1时，定子电流最小。2） 原动机不调节而调节励磁电流改变无功功率时，分析有功功率是否变化。答：不变化。从图八可知当励磁电流从增加到，功率角变小为，无功增大为，定子电流增大为，有功功率不变（只有调节原动机功率才变化）。3） 励磁电流不调节而调节有功功率时，分析无功功率是否变化。答：变化。励磁电流不变，有功功率增大则无功减小；有功功率减小则无功增大。分析同上。4）发电机在并网运行时，直流电动机励磁回路发生断线，有什么现象？ 答：从直流电动机的调速公式可知失磁后转速会急剧上升，发生飞车现象，此时应立即断开1KM。5）发电机在并网运行时，直流电动机电枢回路晶闸管因产生故障完全截止，有什么现象？发电机是什么这行方式？如何处理？答：电动机由于失压从而转速降低，但是由于发电机作并网运行，发电机从电网吸收有功，变成电动机运行，此时应该及时将发电机解列。6）发电机励磁绕组通过3KM常闭触点并接电阻Rm，它的作用是什么？答：Rm称为灭磁电阻，它的作用是当发电机发生故障时及时消磁，以减小短路冲击电流。实验五 发电机的特殊运行方式（一）发电机并网失磁运行1)失磁运行实验：发电机并网后，调有功和无功为零,然后跳开灭磁开关3KM使发电机失磁，励磁电流应为零，观察发电机是否稳定。然后缓慢增加发电机有功，当发电机电流不断增大超过额定值时，说明发电机已失步，要立即减少有功或合上3KM将发电机拖回同步，如果仍然失步要跳开2KM将发电机解列，并将机组转速降至额定值以下，实验过程要记录各表计的指示，并记录凸极机维持同步的功率的最大值。表7 失磁时各表计的变化QCOSIGUGfnP=0-3.7< 0.57.740049.31475P=0.5 kW-3.8< 0.58.540049.31475P= 1.5 失步-4.8< 0.51040049.314752）发电机不并网而带孤立负荷（临时接上三只星形接法的200W的白炽灯）运行失磁，记录发电机各运行参数于表11，观察发电机的运行情况并分析。表8 孤立负荷时发电机的运行参数PQIGUGIFFn失磁前0.600.63802501500失磁后0-0.10250略高501550（二）发电机的调相运行1)发电机并网后将有功和无功功率调到3kW和2KVAR，记录各表计数值。2) 降低电动机电枢电压，将发电机有功功率逐渐减少直至零，记录各表计数值。3）继续降低电动机电枢电压，将发电机有功功率逐渐减少至负值，（相当于导水叶或主汽门全关），记录各表计数值。表9 调相运行实验数据PQCOSIGUGIFN发电机运行32-0.676.240041450零有功运行02.4< -0.55.640041450电动机运行< 02.4< -0.55.7400414504）发电机为电动机运行状态下，调节励磁电流，观察无功功率从迟相、零到进相，记录各表计数值，分析发电机调相运行状态的持点。试验完后机组解列停机。表10 调相运行改变励磁电流各量的变化12345IF3.92.61.81.20.6IG5.51.51.12.85.5UG400400400400400Q2.410-1-2COS< -0.5< -0.5< 0.5< 0.5< 0.5（三）发电机甩负荷1)发电机并网后将有功1kW和无功功率调到0.75kvar，记录各表计数值。2）将发电机出口开关2KM突然跳闸，观察和记录各表计的变化（注意发电机的转速和电压要很快调下来）。表11 甩负荷时各表计的变化PQCOSIGUGIFN甩前10.75-0.5240031450甩后0.101046031550（四） 分析思考题1） 发电机进相运行的作用是什么？随着进相运行深度的增加，机端电压为什么会下降？答：发电机进相运行时发出有功功率和容性无功功率，对于系统无功过剩（轻载或空载）时有一定的调节作用。随着进相运行深度的增加，定子电流增大，在发电机阻抗上的压降增大则机端电压会下降。2） 发电机失磁而有功较小时，为什么能保持同步而不失步？答：带小有功失磁，发电机转速升高，功角拉大，从系统吸收少量无功建立磁场；因为有功较小则转速升高较小，故能保持同步而不失步。3） 发电机失磁并失步后，发电机频率表和转速表的指示有什么变 化？为什么？ 答：发电机失磁并失步后，由于阻力转矩减小，则发电机转速升高；而频率由于受到系统侧的钳制因而不变均为50HZ。4） 分析发电机带孤立负荷运行时失磁的特点。答：发电机带孤立负荷失磁，则不能吸收无功，故转速和频率均升高，出力减小至某一低值（考虑剩磁）。5） 说明发电机调相运行的作用和特点。答：发电机调相运行时发出感性无功，对于系统无功平衡具有一定的调节作用。6） 分析发电机甩负荷后运行参数变化的特点。 答：发电机甩负荷后P、Q、I均为0，转速上升（驱动转矩大于阻力转矩），机端电压升高，频率升高。7）做实验过程中，发电机并网带额定有功和无功正常运行，电网突然停电，分析机组的运行情况。答：电网停电则励磁电流（他励）变为0，电动机失去电源，转速降低至0。（六） 实验心得体会通过一个星期的实验，我熟练的掌握的发电机并网的操作，刚开始操作时比较紧张，经常在某个步骤犹豫。后来经老师的批评讲解，我自认为一个即将工作的大学生，应该首先熟悉好所要操作的步骤，才去操作，就像工作中的一个唱票，一个操作一样，不能边看边做，到做的时候才去找设备。通过后来对实验原理的分析和体会，掌握了每个步骤的操作原理。通过后几个实验发电机正常运行和不正常运行现象的观察和分析，对发电机迟相、进相、调相、失磁等运行方式有了更深入的了解，并通过对各表数据的观察和统计，将运行现象与有功、无功、频率、励磁等状态联系起来，对发电机运行有了一个更全面和整体的掌握。通过总结和做思考题，对实验中一些理解的不清晰的问题有了更多理论上的掌握。准同期条件：电压幅值相等、频率相等和相角差为零。通过调节原动机的转速可以使得发电机频率与电网相等，相角差为零；通过调节励磁电流（触发角）可以使机端电压幅值与电网电压相等手动准同期：应在正弦整步电压的最低点时合闸，考虑到断路器的固有合闸时间，实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间和角度，一般为6°发电机的各种运行状态如调相、进相、迟相等等，各种状态的现象和特点，以及各种运行发生对于系统的作用与意义。